【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统运行管理，尤其涉及一种具有惯性支撑的混合储能直流微电网协调控制方法。
技术介绍
1、直流微电网采用直流传输，有助于减少能量转换损失，在光储和直流负荷广泛应用的情况下具有广阔的发展前景，逐渐成为“新基建”、低碳园区、电动汽车充电桩和数据中心的供电架构。但由于大量电力电子变流器接口的使用，当光伏间歇性能源或负荷突变时，易导致母线电压急剧波动，而加装储能装置可根据再生能源功率波动调节自身功率输出，达到平衡微电网内功率的目的，提升系统的惯性。因此，直流微电网的稳定性一方面取决于系统的功率平衡，而另一方面则取决于直流母线电压的调节能力。
2、在直流母线电压调节方面，为了减少直流母线电压波动，根据直流微电网各微源特性及控制方法，以有效利用储能单元来提高系统等效惯性。在储能装置提升系统惯性过程中，主要有两种方法，即单一储能系统和混合储能系统（hybrid energy storagesystem，hess）。单一储能系统功能有限，难以同时满足高能量密度、高功率密度、快速动态响应速度和长循环寿命等多重要求，而利用混合储能的优势互补可以弥补该局限性，有效地减小直流电压波动，从而增强系统的暂态稳定性。现阶段针对混合储能系统的控制研究不在少数，考虑混合储能系统的大扰动稳定协调控制策略来平抑系统的低频和高频功率波动，该策略对直流母线电压波动抑制效果并不明显；基于最优pi控制器的混合储能系统，在母线电压跌落瞬间，由于pi控制本质为滞后调节，动态特性较差，系统输出功率无法满足瞬时功率需求；基于模型预测的储能变流器本地控制方
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种具有惯性支撑的混合储能直流微电网协调控制方法，克服了直流微电网低阻尼、弱惯性的局限性，有效地实现了直流微电网各微源单元之间的平滑切换，并抑制了母线电压波动，更好地应对可再生能源的接入，最大化可再生能源的利用，有助于推动节能减排的目标实现，效果显著。
2、本专利技术通过以下技术手段实现上述技术目的。
3、一种具有惯性支撑的混合储能直流微电网协调控制方法，包括如下过程：
4、步骤1：搭建基于下垂控制的混合储能变换器来管理直流微电网系统的功率波动；
5、步骤2：在混合储能变换器侧引入虚拟惯性控制，提出基于改进下垂虚拟惯性控制方法，通过建立下垂控制系数与直流母线电压的函数表达式，使直流微电网系统通过电压波动幅度提供惯性支撑，改善直流微电网系统弱惯性问题；
6、步骤3：搭建含混合储能单元的直流微电网系统协调控制总体框架，并设置运行模式；
7、步骤4：基于混合储能变换器设备层信息，提出直流微电网混合储能分散式协调控制策略，实现各微网单元之间的平滑切换。
8、进一步地，所述步骤2中，基于改进下垂虚拟惯性控制方法具体如下：
9、通过建立并修正混合储能变换器的变换器下垂控制系数与直流母线电压变换量相关的函数，仅在电压变化率超过事先设置的初始阈值时，直流微电网系统切换为改进下垂虚拟惯性控制，以提高混合储能变换器对于扰动的惯性支撑能力和响应速度，其对应表达式为：
10、
11、其中，表示直流母线电压；表示混合储能变换器输出功率；表示混合储能变换器输出电流；表示母线电压变化率可控系数，即下垂控制系数；
12、根据母线电压偏差，设定母线电压最小阈值和母线电压最大阈值；
13、当时，直流母线电压过高，超级电容充电吸收多余的功率，此时可控系数为：
14、（1）
15、当时，直流母线电压过低，超级电容放电来补足所需的功率，此时的可控系数为：
16、（2）
17、综合上述式（1）、（2）获得混合储能变换器自适应下垂特性：
18、
19、同时，得到虚拟电容的表达式为：
20、
21、式中，和为均衡系数，表示母线电流，表示混合储能变换器输出功率，表示母线电压，为混合储能变换器直流侧电容值。
22、进一步地，所述步骤3中，含混合储能单元的直流微电网系统协调控制总体框架包括：1组蓄电池和1组超级电容组成的混合储能单元、1组光伏发电单元、1组直流负荷；光伏发电单元具有两种运行状态，分别是最大功率点跟踪状态和输出恒压状态；蓄电池具有三种运行状态，分别是恒压充电、放电控制和待机；超级电容有两种运行状态，分别是平抑高频功率波动、待机状态。
23、进一步地，所述步骤3中，直流微电网系统包括三种运行模式，分别为：
24、模式1：光伏发电单元处于最大功率点跟踪状态，蓄电池处于充电状态，超级电容处于平抑高频功率波动状态；
25、模式2：光伏发电单元处于输出恒压状态，蓄电池处于待机状态，超级电容处于待机状态；
26、模式3：光伏发电单元处于最大功率点跟踪状态，蓄电池处于放电状态，超级电容处于平抑高频功率波动状态。
27、进一步地，所述步骤4中，直流微电网混合储能分散式协调控制策略如下：
28、根据各功率电源特性及运行状态，以直流母线电压、直流母线电压变化率以及蓄电池状态信息为判断条件，实现各运行模式间的快速切换，并保证直流微电网系统在受到扰动时保持稳定运行；
29、运行模式的切换方式如下：
30、模式1转向模式2的切换条件是，模式2转向模式1的切换条件是；
31、模式1转向模式3的切换条件是，模式3转向模式1的切换条件是；
32、模式2转向模式3的切换条件是；
33、其中，、分别为母线电压最大阈值、母线电压最小阈值；表示直流母线电压；表示蓄电池状态。
34、本专利技术具有如下有益效果：
35、本专利技术将虚拟惯性控制思想引入到混合储能变换器中，提出了一种基于混合储能的自适应虚拟惯性方法，当系统受到扰动导致母线电压超过阈值时，能够使混合储能变换器端口虚拟出一定的电容值，增加系统惯性，并提高其稳定性，有效地解决了直流微电网的弱惯性、低阻尼等特性问题，在负荷或光照突变时能实现直流母线电压的快速恢复；有助于促进电池资源的可持续利用，提高整个能源系统的效率，为实现资源有效利用和碳排放减少提供了实质性的贡献。
36、本专利技术同时提出了一种不需要通信的分散式协调控制策略，该策略依赖于已有的本地信息来确保系统在受到大扰动时能够快速切换状态并稳定直流母线电压，通过使用蓄电池和超级电容器的互补作用，可以平衡系统中的低频和高频功率产生的波动，提高新能源的稳定性和利用效率，有效地管理可再生能源的集成，提高能源系统的可靠性，从而促进可再生能源的普及和应用，推动绿色能源的发展。
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1.一种具有惯性支撑的混合储能直流微电网协调控制方法，其特征在于，包括如下过程：
2.根据权利要求1所述的具有惯性支撑的混合储能直流微电网协调控制方法，其特征在于，所述步骤2中，基于改进下垂虚拟惯性控制方法具体如下：
3.根据权利要求2所述的具有惯性支撑的混合储能直流微电网协调控制方法，其特征在于，根据所述混合储能变换器自适应下垂特性，得到虚拟电容的表达式为：
4.根据权利要求1所述的具有惯性支撑的混合储能直流微电网协调控制方法，其特征在于，所述步骤3中，含混合储能单元的直流微电网系统协调控制总体框架包括：1组蓄电池和1组超级电容组成的混合储能单元、1组光伏发电单元、1组直流负荷；光伏发电单元具有两种运行状态，分别是最大功率点跟踪状态和输出恒压状态；蓄电池具有三种运行状态，分别是恒压充电、放电控制和待机；超级电容有两种运行状态，分别是平抑高频功率波动、待机状态。
5.根据权利要求1所述的具有惯性支撑的混合储能直流微电网协调控制方法，其特征在于，所述步骤3中，直流微电网系统包括三种运行模式，分别为：
6.根据权利要求5所述
...【技术特征摘要】
1.一种具有惯性支撑的混合储能直流微电网协调控制方法，其特征在于，包括如下过程：
2.根据权利要求1所述的具有惯性支撑的混合储能直流微电网协调控制方法，其特征在于，所述步骤2中，基于改进下垂虚拟惯性控制方法具体如下：
3.根据权利要求2所述的具有惯性支撑的混合储能直流微电网协调控制方法，其特征在于，根据所述混合储能变换器自适应下垂特性，得到虚拟电容的表达式为：
4.根据权利要求1所述的具有惯性支撑的混合储能直流微电网协调控制方法，其特征在于，所述步骤3中，含混合储能单元的直流微电网系统协调控制总体框架包括：1组蓄电...
【专利技术属性】
技术研发人员：顾海飞，孙晓蕾，赵晋斌，王少华，叶鹏，曾志伟，何嘉，
申请(专利权)人：中建安装集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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